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Esperimento sulla diffrazione e interferenza, Guide, Progetti e Ricerche di Fisica

appunti fisica su esperimento diffrazione e interferenza

Tipologia: Guide, Progetti e Ricerche

2023/2024

Caricato il 28/11/2025

martina-ghirardi-3
martina-ghirardi-3 🇮🇹

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Martina Ghirardi
Interferenza e dirazione
OBIETTIVO DELL’ESPERIENZA:
L’esperimento da noi svolto in laboratorio ha come obiettivo quello di osservare i fenomeni di
interferenza e dirazione come verifica di ciò che è stato precedentemente appreso tramite lo
studio teorico di questi. Si è quindi calcolata la lunghezza d’onda di un fascio di luce
monocromatica coerente, il laser, nel caso di interferenza e di dirazione. Successivamente si è
proseguito a calcolare l’intensità della luce in funzione della posizione tramite uno scanner di
dirazione per infine confrontare la presa dati sperimentale con quella teorica tramite dei grafici,
ulteriore obiettivo dell’esperienza. "
RIFERIMENTI TEORICI:
Interferenza => il fenomeno dell’interferenza si rifà all’esperimento di Young. In tale esperimento,
si prende in considerazione un fascio di luce monocromatica, per esempio un laser come nel
nostro caso, proveniente da una singola sorgente puntiforme, la quale illumina uno schermo
tagliato da due sottili fenditure parallele. Dietro si trova un secondo schermo sul quale la luce
trasmessa forma una figura di interferenza, costituita da frange luminose di interferenza
costruttiva e frange scure di interferenza distruttiva."
Questo fenomeno, inoltre, si può osservare tramite l'interferometro di Young, ovvero uno schermo
con due fenditure parallele disposto in modo da interrompere il cammino di un’onda. Se la
larghezza delle fenditure è paragonabile alla lunghezza d’onda, le onde trasmesse compiono
interferenza. "
Durante l’esperimento si fa riferimento ai concetti di sopra riportati. Per poter ottenere la
lunghezza d’onda si utilizza la seguente formula: "
"
-λ= lunghezza d’onda "
-d= distanza tra le fenditure "
-Δy= distanza tra le frange luminose "
-L= distanza tra fenditure e schermo "
-k= numero del massimo"
In particolare modo, per angoli piccoli, vale la seguente relazione: "
"
-λ= lunghezza d’onda "
-d= distanza tra le fenditure "
λ=dse n θ
k
λ=dΔy
Lk
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Martina Ghirardi

Interferenza e diffrazione

OBIETTIVO DELL’ESPERIENZA: L’esperimento da noi svolto in laboratorio ha come obiettivo quello di osservare i fenomeni di interferenza e diffrazione come verifica di ciò che è stato precedentemente appreso tramite lo studio teorico di questi. Si è quindi calcolata la lunghezza d’onda di un fascio di luce monocromatica coerente, il laser, nel caso di interferenza e di diffrazione. Successivamente si è proseguito a calcolare l’intensità della luce in funzione della posizione tramite uno scanner di diffrazione per infine confrontare la presa dati sperimentale con quella teorica tramite dei grafici, ulteriore obiettivo dell’esperienza. RIFERIMENTI TEORICI: Interferenza => il fenomeno dell’interferenza si rifà all’esperimento di Young. In tale esperimento, si prende in considerazione un fascio di luce monocromatica, per esempio un laser come nel nostro caso, proveniente da una singola sorgente puntiforme, la quale illumina uno schermo tagliato da due sottili fenditure parallele. Dietro si trova un secondo schermo sul quale la luce trasmessa forma una figura di interferenza, costituita da frange luminose di interferenza costruttiva e frange scure di interferenza distruttiva. Questo fenomeno, inoltre, si può osservare tramite l'interferometro di Young, ovvero uno schermo con due fenditure parallele disposto in modo da interrompere il cammino di un’onda. Se la larghezza delle fenditure è paragonabile alla lunghezza d’onda, le onde trasmesse compiono interferenza.

  • Durante l’esperimento si fa riferimento ai concetti di sopra riportati. Per poter ottenere la lunghezza d’onda si utilizza la seguente formula:
  • λ= lunghezza d’onda
  • d= distanza tra le fenditure
  • Δy= distanza tra le frange luminose
  • L= distanza tra fenditure e schermo
  • k= numero del massimo
  • In particolare modo, per angoli piccoli, vale la seguente relazione:
  • (^) λ= lunghezza d’onda
  • (^) d= distanza tra le fenditure

dsenθ

k

d Δ y

Lk

  • Δy= distanza tra le frange luminose
  • L= distanza tra fenditure e schermo
  • k= numero del massimo Diffrazione=> quando un fascio di luce passa attraverso una singola fenditura ritagliata in uno schermo, ogni punto del fronte d’onda incidente è sorgente di un’onda sferica, quindi è come se fosse una sorgente puntiforme. Tutte le onde sferiche così generate hanno sempre la stessa fase iniziale, uguale alla fase del fronte d’onda incidente. Perciò, sovrapponendosi, interferiscono tra loro e creano una figura di diffrazione, fatta da onde luminose e scure.
  • Nel caso della diffrazione, vale l’approssimazione per angoli piccoli precedentemente riportata. Nella diffrazione la fenditura è unica, quindi va considerata la larghezza della fenditura, , la quale va a sostituire d:
  • λ= la lunghezza d’onda
  • a= larghezza della fenditura
  • Δy= distanza tra le frange scure
  • L= distanza tra fenditure e schermo
  • k= il numero del minimo
  • Infine si ricaverà l’intensità luminosa tramite la seguente relazione: Questa relazione servirà per la realizzazione del grafico teorico. DESCRIZIONE DELL’APPARATO SPERIMENTALE A partire da sinistra:
  • Supporto graduato

a

a Δ y

Lk

I = I 0 cos^2

( πdsenθ )

sen

( πasenθ ) λ ( πasenθ ) λ 2

  1. A questo punto si può procedere calcolando la lunghezza d’onda del laser in caso di diffrazione. Gli strumenti da adoperare sono i medesimi, ma si attuano alcune modifiche. Infatti, nel fenomeno della diffrazione la fenditura è singola, dunque stavolta si prosegue scegliendo tra le opzioni single silts uno dei valori dell’ampiezza della fenditura presenti nelle alternative. In questo caso si è stabilito a= 0,16 mm.
  2. Si accende il laser e si calcola quindi il minimo ripassando la figura di diffrazione, ovvero la linea rossa luminosa, con una matita sul foglio bianco precedentemente posto sullo schermo. Si deduce che per k=1, y= 4 mm.
  3. Si può quindi proseguire a calcolare la lunghezza d’onda del laser servendosi della formula seguente: =>
  4. Si rimuove quindi lo schermo bianco per posizionare al suo posto, sempre a 96 cm dal laser, lo scanner di diffrazione wireless dotato di una manovella. Si collega quest’ultimo al computer per poterlo poi connettere al software rilevatore di dati PASCO Capstone.
  5. Si può procedere al rilevamento dell’intensità luminosa. Si stabilisce la frequenza dello scanner di 50 Hz, si accende quindi il laser e si ruota la manovella presente sullo scanner di diffrazione agli estremi di sinistra e destra. In questo modo vengono riportati su Capstone i valori dell'intensità della luce del laser in funzione delle posizioni. Questo procedimento termina quando il sensore raggiunge il centro.
  6. A questo punto si spengono laser e dispositivo. I dati ottenuti verranno esportati su un foglio Excel per poi essere analizzati sperimentalmente tramite grafici.
  7. In conclusione i grafici sperimentali vengono messi a confronto con i grafici teorici. In particolare, verrano poi presi in esame i valori dell’intensità luminosa ottenuti sperimentalmente con i valori dell’intensità luminosa teorica, ottenuta tramite la seguente formula:

d Δ y

Lk

0,25 ⋅ 10 −^3 ⋅ 2,5 ⋅ 10 −^3

96 ⋅ 10 −^2

= 651 nm

a Δ y

Lk

0,16 ⋅ 10 −^3 ⋅ 4 ⋅ 10 −^3

96 ⋅ 10 −^2

= 667 nm

I = I 0 cos^2

( πdsenθ )

sen

( πasenθ ) λ ( πasenθ ) λ 2

DATI Dai dati precedentemente ottenuti si procede realizzando i grafici sperimentali di interferenza e diffrazione utilizzando l’intensità luminosa e le rispettive posizioni precedentemente individuate tramite lo scanner di diffrazione. In seguito, i grafici sperimentali verranno messi a confronto con quelli teorici ottenuti tramite le misurazioni prese in laboratorio e la formula seguente: Interferenza

I = I 0 cos^2

( πdsenθ )

sen

( πasenθ ) λ ( πasenθ ) λ 2

Sovrapposizione dei grafici Per poter constatare l’errore nelle nostre misurazioni si procede sovrapponendo i grafici, usato la posizione e le intensità teorica e sperimentale in percentuale.

Possiamo quindi notare che i grafici sperimentale e teorico sia nel caso di interferenza e diffrazione non coincidono sebbene l’andamento sia piuttosto simile. Conclusione Questo esperimento ci ha permesso di osservare e mettere in pratica ciò che è stato precedentemente studiato dei due fenomeni; si è evidenziato come sia necessaria la cura della presa dati sia teorica sia sperimentale per poter anche analizzare graficamente i dati ottenuti.